[发明专利]一种应用于隐私保护的混沌医学图像加密方法

权利要求书

1.一种应用于隐私保护的混沌医学图像加密方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立三个logistic混沌映射，设定三个logistic混沌映射的控制参数，使logistic混沌映射工作在满射状态，并由加密者设置加密系统的密钥；

所述的三个logistic混沌映射如公式(1)～(3)所示：

x_n+1＝rx_n(1-x_n)                    (1)

x′_n+1＝rx′_n(1-x′_n)                    (2)

x″_n+1＝rx″_n(1-x″_n)                    (3)

其中，r表示logistic混沌映射的控制参数，取值为4；x_n表示第一logistic混沌映射的第n次迭代的状态变量值，x_n∈[0，1]，其初始值为x₀，x_n+1表示第一logistic混沌映射的第n+1次迭代的状态变量值，x_n+1∈[0，1]；x′_n表示第二logistic混沌映射的第n次迭代的状态变量值，x′_n∈[0，1]，其初始值为x′₀，x′_n+1表示第二logistic混沌映射的第n+1次迭代的状态变量值，x′_n+1∈[0，1]，x″_n表示第三logistic混沌映射的第n次迭代的状态变量值，x″_n∈[0，1]，其初始值为x″₀，x″_n+1表示第三logistic混沌映射的第n+1次迭代的状态变量值，x″_n+1∈[0，1]；所述的加密系统的密钥为(x₀，x′₀，x″₀)；

步骤2、将三个logistic混沌映射进行预迭代，预迭代次数为N₀次，N₀≥200；

步骤3、根据第一logistic映射和第二logistic映射产生伪随机坐标，改变图像中每一个像素点的位置，以消除相邻像素点间的相关性，完成对明文图像的置乱处理，具体如下：

步骤3-1、在步骤2的基础上继续迭代第一logistic混沌映射和第二logistic混沌映射，并对第一logistic混沌映射的当前状态变量x_n和第二混沌logistic映射的当前状态变量x′_n进行量化，获得一个伪随机坐标；

m′=mod[round(xn×1014),M],n′=mod[round(x′n×1014),N],,---(4)]]>

其中，round(x_n×10¹⁴)函数表示返回x_n×10¹⁴的四舍五入值，mod(x_n×10¹⁴，M)函数表示返回x_n×10¹⁴除以M的余数；所述的伪随机坐标为(m′，n′)；M表示明文图像的宽；N表示明文图像的高；

步骤3-2、将明文图像左上角第一个像素点作为待置换像素点，将该像素点与伪随机坐标点处的像素进行交换；

步骤3-3、返回执行步骤3-1，按照自左向右、自上向下的方向对明文图像中其他像素点进行置换处理，直到明文图像中所有的像素点按指定顺序完成交换；

步骤4、根据第三logistic映射对置乱后的图像进行扩散操作，改变图像中每个像素点的像素值，并将每个像素点的影响扩散至整个密文图像，具体如下：

步骤4-1、在步骤2的基础上继续迭代第三logistic混沌映射，对第三logistic混沌映射的当前状态变量x″_n进行量化，得到一个密钥流元素；

当前密钥流元素计算公式如下：

k_n＝mod[round(x″_n×10¹⁴)，2^L]          (5)

其中，L表示图像的色彩深度；k_n表示当前密钥流元素；

步骤4-2、根据当前像素点的前一个点的明文值，对获得的密钥流元素进行循环左移，使密钥流与明文相关；

即将密钥流元素k_n循环左移(p_n-1mod L)位，其中，p_n-1表示当前像素点的前一个点的明文值；若当前像素点为第一个明文像素点时，明文值p_n-1的初始值p₀取值范围为[0，2^L]；

步骤4-3、根据获得的密钥流元素对当前像素点进行加密；

加密公式如下：

cn=kn⊕{[pn+kn]mod2L}⊕cn-1---(6)]]>

其中，p_n表示当前像素点的像素值，c_n表示输出的密文像素值；c_n-1表示前一个已加密点的密文像素值，c_n初始值为c₀，取值范围为[0，2^L]，表示按位异或操作；

对于公式(6)的解密公式如下：

pn=[kn⊕cn⊕cn-1+2L-kn]mod2L.---(7)]]>

步骤4-4、返回执行步骤4-1，直至按照指定顺序完成图像中所有的像素点的扩散操作；

步骤5、根据实际安全级别要求，反复执行步骤1至步骤4，进行多轮加密。